寒冷季節(jié)沼氣池加溫系統(tǒng)的選擇，是促進沼氣工程工業(yè)化進程和經(jīng)濟運行與否的關(guān)鍵因素之一。經(jīng)工程實踐及經(jīng)濟性分析表明，有關(guān)專家最新研制的地源熱泵式加溫系統(tǒng)在沼氣工程中應(yīng)用，具有經(jīng)濟合理和環(huán)保節(jié)能的特點，在我國具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。
刊登于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報》2010年第2期，由同濟大學(xué)現(xiàn)代科學(xué)與工程研究院生物質(zhì)能源研究中心石惠嫻副教授、朱洪光副教授撰寫的題為"地源熱泵式沼氣池加溫系統(tǒng)"的研究報告，介紹了這一創(chuàng)新技術(shù)。
目前沼氣池加溫方式有很多，包括電熱膜加溫、太陽能加溫、化石能源熱水鍋爐加溫、沼氣鍋爐加溫、沼氣發(fā)電余熱加溫和燃池式加溫等。但對中等規(guī)模養(yǎng)殖場廢水治理工程來講，目前尚沒有比較經(jīng)濟合理和節(jié)能環(huán)保的加溫方式。研究人員基于能源利用率和建設(shè)成本的考慮，開發(fā)了一種地源熱泵式沼氣池加溫系統(tǒng)。
為了檢驗地源熱泵式加溫系統(tǒng)的運行性能及效果，以上海市某沼氣集中供氣示范工程為對象，在2008－2009年寒冷季節(jié)進行了試驗研究。試驗從2009年1月6日開始，歷經(jīng)60天，數(shù)據(jù)顯示：①沼氣池內(nèi)發(fā)酵溫度基本保持在(32±2)℃左右，在中溫發(fā)酵的范圍，有時可以達到35℃；②工程60天總產(chǎn)氣量為2267.45立方米，日產(chǎn)量為37.8立方米，按平均每戶日用氣量1.2立方米計算，可以供31.5戶使用。系統(tǒng)在冬季寒冷季節(jié)也能滿足設(shè)計之初確定的30家用戶使用；③經(jīng)計算，池容產(chǎn)氣率（指沼氣池單位體積內(nèi)每天生產(chǎn)的沼氣量）能夠達到1.1m3/(m3·d)，25天后趨于穩(wěn)定，且平均值保持在0.6m3/(m3·d)，是國家標準規(guī)定值0.2～0.4m3/(m3·d)的1.5～3倍；④經(jīng)計算，地源熱泵機組制熱效率（COP）保持在3.6左右，系統(tǒng)COP為2.7左右，系統(tǒng)的一次能耗較小，一次能源利用系數(shù)可達到0.84，與電熱膜加溫系統(tǒng)相比節(jié)能率為63%，。⑤經(jīng)計算，該系統(tǒng)相比電熱膜加溫系統(tǒng)可以增加投資效益凈現(xiàn)值40188.5元，具有長遠投資效益高的特點。
結(jié)論表明：地源熱泵加溫系統(tǒng)應(yīng)用在沼氣工程中是可行的，并且能夠高效運行。而且系統(tǒng)能自動運行，操作簡單，很好的利用了土壤熱量，能耗小，無需燃料，沒有污染，不受天氣影響。通過技術(shù)經(jīng)濟分析可知，地源熱泵式加溫系統(tǒng)能夠顯著提高冬季厭氧發(fā)酵工藝的產(chǎn)氣率。而且沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的產(chǎn)氣率可以在改善加溫系統(tǒng)的條件下還有進一步提升的空間。
地源熱泵加溫系統(tǒng)的能源約70%來自地下土壤的熱量，有利于保護環(huán)境。沼氣工程在滿足農(nóng)戶生活用能需求的同時，不但解決了養(yǎng)殖場等工程中的廢物處理問題，減少了污染，還可以提供良好的有機化肥。同時地源熱泵加溫系統(tǒng)利用的地?zé)崮芎图罢託夤こ痰闹饕a(chǎn)品沼氣都屬于綠色、可再生能源，環(huán)境效益顯著。
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